Деятельность Б. Франклина как ученого, политика и дипломата

Глава 3. Б. Франклин – научный деятель.

Знаменательное, можно  сказать, судьбоносное событие в жизни и научной деятельности Франклина произошло в 1746 г. Совершенно случайно, исключительно из природного любопытства, он оказался, будучи в Бостоне, на лекции по электричеству, сопровождавшейся увлекательными опытами. С лекцией выступал шотландец Спенсер, имя которого вряд ли заняло бы значительное место в истории электричества, если бы среди слушателей не оказался такой всесторонне образованный и энергичный человек, как Бенджамин Франклин.

Потрясенный увиденными "электрическими чудесами", Франклин решил заняться экспериментами и написал о своем намерении давнему другу - члену Лондонского Королевского общества Питеру Коллинсону (1694 - 1768). Последний с одобрением отнесся к сообщению Франклина и прислал ему "трехфутовую стеклянную трубку толщиной с руку", которая электризовалась при натирании шелком. Франклин с присущей ему энергией и увлечением немедленно приступил к экспериментам, вскоре полностью завладевшим его "вниманием и временем".[6]

О первом своем открытии, которое представлялось ему "новым явлением", Франклин пишет Коллинсону 11 июля 1747 г. Оно "... заключается в замечательной способности заостренных предметов извлекать или испускать электрический огонь". Позднее "эффект острия" Франклин использует при изучении атмосферного электричества. В этом же письме Франклин вводит "некоторые новые термины", которые используются и в современной электротехнике. Речь идет о "положительном" и "отрицательном" электричестве, или, как он пишет, "предпочтительнее - "плюсе" и "минусе". Франклин пытается проникнуть в сущность природы электричества. Его интересует, откуда возникает электричество при натирании (например, стекла -шелком) - возникает ли оно заново или переходит от одного из натираемых предметов к другим? "Электрическая субстанция" (тонкий электрический "флюид") одного рода, а не двух, как считалось ранее, состоит из чрезвычайно малых частиц, так как она способна проникать в обыкновенную материю, даже в самые плотные металлы с большой легкостью". В нормальном состоянии все тела содержат "нормальное количество "флюида" и являются электрически нейтральными. Когда же один из предметов, например, стекло, натираемое шелком, получает часть "флюида", которую шелк теряет, то стекло электризуется положительно, а шелк, теряющий часть "флюида", - отрицательно. С современной точки зрения, важное значение имело утверждение Франклина о том, что "электрическую субстанцию" нельзя создать или уничтожить, а можно только перераспределить. Как утверждают современные ученые, Франклин как бы предсказывает закон сохранения электрического заряда, и его теорию можно считать "... предшественницей электронной теории" [3].

Теория Франклина была высоко оценена его современниками, в частности и потому, что она  весьма понятно объясняла некоторые  электрические явления, например, действие лейденской банки.

Франклин провел множество  опытов, чтобы установить, где сосредоточена "сила банки", - в стекле или  в обкладках? И он доказал, что "сила банки" и ее способность "давать потрясения ... заключаются в самом  стекле", а с помощью обкладок электричество "сообщается и уводится".

Убедившись в том, что "сила банки" - в стекле, Франклин решил создать новый вид банки (плоский конденсатор), состоящей  из "больших оконных стекол". Он назвал ее электрической батареей, впервые введя, таким образом, термин, широко используемый в современной электротехнике. Можно сказать, что с его легкой руки в практику вошли термины "заряд" и "разряд". Созданная им батарея состояла из одиннадцати больших оконных стекол с приклеенными с каждой стороны стекла тонкими свинцовыми пластинками. Такая батарея, получившая название "Франклиновые доски", позволила накапливать значительные заряды.[7]

Утверждая, вопреки существовавшим мнениям, что заряд лейденской банки  сосредоточен в стекле, Б. Франклин вплотную подошел к современному представлению о том, что энергия, запасенная в конденсаторе, сосредоточена в его диэлектрике.

Унитарная теория Франклина  вскоре оказалась бессильной в объяснении ряда новых проявлений электричества, что был вынужден признать и сам ее автор. Он утверждал, что "отталкивательной" способностью обладают лишь тела, содержащие "избыток" электричества, т. е. заряженные положительно. Но оказалось, что таким же свойством обладают и тела, заряженные отрицательно. В 1759 г. английским ученым Р. Симмером была разработана новая, "дуалистическая" теория, из которой следовало, что существуют две различные, "электрические субстанции" - положительная и отрицательная. Как известно, наличие двух родов электричества - одно из важнейших положений современной теории электромагнетизма.

Среди многих замечательных  исследований Франклина наибольшую славу принесли ему знаменитые опыты  по изучению атмосферного электричества, положившие начало новым важнейшим  открытиям.

Еще в глубокой древности  грозовые разряды и удары молний поражали воображение людей, приводя их подчас в ужас. Жертвами молний становились тысячи людей, животных и птиц. Под их ударами разрушались храмы и жилища.

По мере углубления исследований в области электричества уже  в конце XVII - начале XVIII веков физики приходят к мысли о сходстве электрической искры, полученной от электростатической машины, с явлениями молнии и грома. Однако ряд известных ученых не соглашался с такими утверждениями, и поэтому долгое время никто из европейских ученых не проводил серьезных исследований атмосферного электричества.

В письмах и записных книжках Б. Франклина 1748 - 1750 гг. можно  найти указания на то, что "огонь  электричества и огонь молнии есть одно и то же". Но как доказать экспериментально тождественность  явлений "обыкновенного" электричества и молнии?[11]

Для этого Франклин решил  воспользоваться результатами своих  наблюдений о свойствах остроконечных  предметов притягивать "электрическую  субстанцию". Тогда и молния должна притягиваться к остриям. Почти 250 лет назад в письме к Коллинсону от 29 июля 1750 г. Франклин описывает эксперимент, который он проводил в Филадельфии в 1749 г. "чтобы решить вопрос о том, наэлектризованы или нет облака, заключающие в себе молнию?". Он убедился, что при взаимном сближении заряженных облаков между ними "станет возможным разряд", а для отвода удара молнии в землю можно использовать "заостренные железные пруты".

В этом же письме Франклин впервые высказывает убеждение, что "... заостренные предметы могут  принести пользу человечеству при спасении домов, храмов, кораблей и т. п. от удара молнии, побудив нас устанавливать на самых высоких местах этих зданий вертикальные железные прутки, заостренные, как игла..., а от их основания спускать вниз проволоку снаружи здания до земли или вдоль одного из вантов корабля по борту до воды". В этих строках предельно ясно сформулирована идея создания "молниеотвода", применение которого принесло Франклину всемирную славу.

Но по иронии судьбы впервые  публично продемонстрировать извлечение искр из наэлектризованного железного шеста удалось не самому Франклину, а скромному, но весьма образованному священнику Ж. Ф. Далибару из местечка Марли близ Парижа 10 мая 1752 г.

В Европе были известны исследования Франклина, так как П. Коллинсон  регулярно сообщал о содержании писем ученого на заседаниях Лондонского Королевского общества. Эти письма составили весьма солидный труд под названием "Опыты и наблюдения над электричеством", который был переведен на многие языки, в том числе на русский.

Далибар, живо интересовавшийся исследованиями Франклина, решил сам провести опыт, который бы подтвердил, что молния представляет собой электрический разряд. Он установил в своем саду высокий железный шест и изолировал его конец с помощью четырех бутылок. Во время грозы, держа в руке латунную проволоку, вставленную в длинную стеклянную колбу, служившую рукояткой (это был простейший разрядник), Далибар, приближая проволоку к наэлектризованному шесту, извлекал из него длинные голубые искры, причем при этом ощущался характерный запах серы.

В мае 1752 г. Далибар послал докладную записку о своем  эксперименте в Парижскую академию наук, в которой писал: "Из опыта, проведенного в городке Марли, неопровержимо  следует, что субстанция молнии одинакова  с субстанцией электричества".

Франклин не сразу узнал об успешном опыте Далибара. Продолжая свои исследования, он осуществил еще более эффектный опыт с запущенным в облака змеем, о котором вскоре узнал весь мир. В своем письме Коллинсону от 19 октября 1752 г. он подробно описал свой эксперимент, проведенный, по-видимому, в июне 1752 г.[15]

Франклин изготовил  воздушный змей, но вместо бумаги натянул  на деревянные планки шелковый платок, поскольку шелк не намокает от дождя  так быстро, как бумага. Он писал: "К верхнему концу деревянной крестовины змея нужно прикрепить кусок проволоки с острым концом, чтобы он выступал за край не меньше, чем на фут. Конец бечевки, за который берутся рукой, следует подвязать шелковой лентой, а в месте соединения бечевки с лентой нужно привязать ключ. Во время грозы необходимо следить за тем, чтобы шелковая лента не намокла, а бечевка не касалась дверного косяка или оконной рамы. Как только грозовая туча окажется над змеем, заостренная проволока станет извлекать из нее электрический огонь, и змей вместе с бечевкой наэлектризуется. А когда дождь смочит бечевку, сделав ее способной проводить электрический огонь, Вы увидите, как он обильно стекает с ключа при приближении вашего пальца. При этом от ключа можно зарядить банку..., воспламенить спирт и проводить прочие электрические опыты, которые обычно ставятся при помощи натертого стеклянного шара или трубки. Тем самым будет полностью доказано тождество между электрической субстанцией и субстанцией молнии".

Как уже отмечалось, к  идее извлечения "электрического огня" из молнии с помощью заостренного металлического шеста, Франклин пришел еще в 1749 г. Однако попытка Коллинсона опубликовать работы Франклина в известных "Философских трудах" (Philosophical Transactions) Лондонского Королевского общества была отвергнута как недостойная публикации, а проект извлечения искр из облаков был признан фантастическим. Но когда Коллинсон опубликовал письма Франклина за свой счет, они вызвали огромный интерес и восхищение, сразу были переведены на французский язык, а король Франции выразил желание лично присутствовать при постановке опытов. После этого и Лондонское Королевское общество признало выдающиеся заслуги Франклина, приняв его в число своих членов (1756) и наградив почетной Золотой медалью Коплея.

Огромной заслугой Франклина  перед наукой и человечеством является создание им первых надежных громоотводов, быстро распространившихся по всему миру и ставших необходимым устройством при сооружении зданий. Громоотвод Франклина применяется в современном градостроительстве почти без изменений.

Замечательные наблюдения и исследования Б. Франклина составили целую эпоху в изучении электрических явлений. Они способствовали дальнейшим поискам ученых в раскрытии многих тайн этого невиданного феномена.

Большой заслугой Франклина  является и то, что он впервые указал на связь между электрическими и магнитными явлениями. Во время опытов в 1750 - 1751 гг. он наблюдал намагничивание швейной иглы при разряде через нее четырех лейденских банок.

Труды Франклина еще  при его жизни получили мировое  признание. Он был избран почетным членом многих научных обществ и академий, в том числе Петербургской академии наук (1789 г.).

Можно только догадываться, как много еще мог сделать  для науки Франклин, если бы он посвятил ей свою жизнь. Общественная и политическая деятельность Бенджамина Франклина не позволила ему уделить достаточно внимания науке.

Заключение

На протяжении большей части XX века никто не оценил полного масштаба личности Бенджамина Франклина. Его научные исследования, которые позволили ученым всего  мира назвать его Ньютоном своего времени, были практически забыты. Один из биографов Франклина говорит о том, что он был ведущим государственным деятелем, который совершил наибольший вклад в создание американской нации, выдающимся деятелем американского просвещения, философом утилитаризма.

Рожденный под  знаком Козерога, Франклин, возможно, обладал  врожденным естественным стремлением  к единству. Именно он, как сторонник  объединения, подтолкнул своих единомышленников к решению о подписании «Декларации  Независимости». Ему принадлежит знаменитое высказывание: «Лучше всем нам держаться вместе, если мы не хотим быть повешенными по отдельности». В то время, когда американская «Декларация Независимости» была признана в Европе и оценена как документ общечеловеческого значения, имя Франклина приобрело мировое значение, и его великие дела снискали ему славу истинного Служителя Доброй Воли Человечества.

Отношение Франклина  к церкви было неоднозначным. Он не любил посещать церковные проповеди, находя их несодержательными и не имеющими особой нравственной ценности. Но в то же время он вносил большой вклад в содержание церквей. Мировоззрение Франклина наиболее полно отражается в его статьях о религии, написанных в 1728 году.

«Я верю в  существование наиболее совершенной  Сущности, Отца и Создателя всех божественных существ, рожденных им. Также я верю в то, что человек является не самым совершенным существом, но божеством по отношению к множеству созданий, находящихся ниже по своему развитию».

Воспринимая человечество как единую семью, Франклин обладал энергией присутствия и силой Духа, которая передавалась другим. Анна Гальветиус, ближайший друг Франклина во Франции, вспоминала, что от него исходил свет, наполнявший Душу, и добавляла: «Я никогда не покидала Франклина, не почувствовав себя немного значимее». Жизнь и деятельность Бенджамина Франклина были посвящены будущему миру, который он представлял, как единое пространство для всего человечества, где бы в любом уголке можно было оставить свой след и сказать: «Это моя страна!»